顆粒增強的案例
碳化硅顆粒增強鋁基復合材料
與傳統的金屬材料相比，顆粒增強鋁基復合材料不僅兼有金屬的高塑性、高韌性和增強顆粒的高模量、高硬度，同時具有各向同性，是應用前景很廣的材料。碳化硅顆粒增強鋁基復合材料可用來制造衛星及航空結構材料，如衛星支架、結構連接件、管材、各種型材、導彈翼、制導元件；制造飛機零部件等，發展這種材料具有重要的戰略意義。
碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其增強體顆粒價格低廉，可用常規方法制造加工，便于批量生產。研發成本低、效果好的制備工藝是當前材料領域的一個熱點。
一、粉末冶金法。
粉末冶金法具有一些獨特的優點，如可任意調節增強相的體積分數（最高可達７０％），較準確地控制成分比，且其增強顆粒的粒徑在納米范圍內可調。此外，粉末冶金工藝的燒結溫度較低，可有效減輕增強體與基體間的有害界面反應，制得的復合材料具有良好的力學性能。近年來，進一步開發出機械合金化-粉末冶金法。該法制備的復合材料，其增強體顆粒分布均勻，粒度在納米至微米范圍內可調，增強相的體積分數可高達７０％，與基體的界面結合良好，所制備的復合材料力學性能優異。美國ＤＷＡ 公司采用機械合金化-粉末冶金法生產了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，已將其應用于汽車、飛機、航天器等。
二、壓力鑄造法。
此法是將液態或半液態金屬基復合材料或金屬以一定速度填充壓鑄模型腔，或增強材料預制體的空隙中，在壓力作用下使其快速凝固成形而制備出金屬基復合材料，包括擠壓鑄造法、離心鑄造法、氣體壓力滲透鑄造法等。目前，生產應用中使用較多的是擠壓鑄造法，其具體方法是：首先把碳化硅顆粒增強相以適當的粘結劑粘結制成預制塊，然后裝入鑄模，澆入精煉的鋁基體金屬熔體，并立即加壓使熔融的金屬熔體浸滲到預制塊中，凝固之后即得碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。
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顆粒增強體是用以改善復合材料的力學性能，提高斷裂功、耐磨性、硬度，增進耐蝕性的顆粒狀材料。如SiC、TiC、B4C、WC、Al2O3、MoS2、Si3N4、TiB2、BN、C （石 墨）等。 </p><p>顆粒增強復合材料作為一種新的結構材料有著廣闊的發展前景。本篇文章采用COMSOL軟件對顆粒增加復合材料結構進行了參數化建模，并計算了添加顆粒后的壓縮變形性能。顆粒增強復合體結構的建模基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/comsol" rel="noopener noreferrer" target="_blank">COMSOL軟件</a>中的App開發器編制了程序實現了不同粒徑和數量的非干涉顆粒隨機生成模型，幾何模型如下圖所示：</p><div contenteditable="false" width="100%">
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<img src="https://img.jishulink.com/upload/202107/e62e2e3673a9420a8db4bf2f55c48d0a.png" title="Untitled1.png" alt="Untitled1.png" style="max-width: 760px; width: 678px; height: 399px;" width="678" height="399" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202107/e62e2e3673a9420a8db4bf2f55c48d0a.png?
展開 關于python腳本在abaqus中實現顆粒增強材料建模的這件事
1.為什么要用python腳本來建模
因為在做畢業設計的過程中接觸到顆粒增強材料的建模思路，通過abaqus的用戶界面（GUI）難以實現，列如在正方體內隨機生成一個球體，而要求球體的位置和體積大小隨機。有細心的小伙伴會發現，分析一下需求其實可以知道，通過選一個隨機的半徑生成一個球體，再把球體組裝到基體中，這樣很簡單就能實現需求。但面臨其他需求的時候呢，諸如隨意生成100個球體，而且要求位置和半徑隨機，這樣通過手動添加會十分困難，而且這樣也十分不明智，所以用到腳本來建模。
2.別的學者和專家是怎么建模的
西南交大的康國政老師和他的團隊在這方面做了大量工作，推薦文章去閱讀他們寫的文章（屬實筆者水平受限，哈哈哈）。如果你也正好是，做材料增強顆粒方面的研究，下面是幾篇比較典型的文章，值得一看。
基于周期性邊界條件的顆粒增強金屬基復合材料棘輪行為的數值模擬 (1)
金屬玻璃基復合材料增韌機理的數值模擬.pdf
原位顆粒增強金屬基復合材料的斷裂行為研究.pdf
當看完康老師的部分工作你應該會選擇是使用Fortran還是python來實現你自己的工作，下面第三部分僅僅針對想通過Python的童鞋。（python相對來說學習成本較低，語法比較通俗易懂，如何選擇就看各人了）
3.從哪里學習開源的（腳本和模型）知識
首先肯定是掌握一定的python語法基礎。
推薦閱讀python在abaqus中的應用，如果有需要pdf的話在評論區留言哦！
接下來，有一定基礎之后推薦閱讀這個大佬的GitHub，Abaqus/python_script at first · wuhuiguo/Abaqus · GitHub，無悔大佬的程序，一步一步如何實現都比較詳細，建議去他的主頁去看。
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abaqus隨機骨料投放，顆粒增強復合材料建模 ￥50
<p>內含4種隨機投放模型：</p><p>1、基體為圓柱，隨機投放的兩種半徑范圍的實心顆粒</p><p>2、基體為圓柱，隨機投放空心有厚度球體，球體半徑固定</p><p>3、三維大小隨機、位置隨機球體投放，基體為四面體</p><p>4、隨機大小、位置、傾斜角的正六邊形（可設置倒角，不干涉）投放，基體為正四邊形</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">球體之間互不干涉，可自定義基體尺寸，球體大小、位置、體積占比。</span></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" style="display: inline-block;"><img src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png?
展開 北京化工大學徐福建教授團隊AFM：在增強生物膜滲透殺傷效率的光動力納米顆粒取得新進展
陽離子光活性納米粒子(NPs)通過與的細菌結合，不僅可以提高革蘭氏陰性菌對PDT的敏感性，還可以增強生物膜滲透和根除。然而，帶正電荷的納米顆粒對正常的哺乳動物細胞存在潛在毒性。
針對正電荷納米顆粒存在的潛在毒性，徐福建教授團隊引入了pH響應的概念,如圖1所示，以電荷逆轉為策略設計了具有低細胞毒性和高抗菌活性的功能適應性納米顆粒RB@PMB@GA NPs。RB@PMB@GA NPs在生理條件下（pH 7.4）是負電性的，減少了細胞內吞，對正常細胞的毒性最小。由于細菌代謝物的存在，感染部位通常是酸性微環境，pH范圍為5.0 - 6.5。RB@PMB@GA NPs在酸性相關感染部位由于質子作用使得葡萄糖酸（GA）脫落，轉換為正電性的納米顆粒RB@PMB NPs，可以有效地結合到帶負電的細菌表面，從而增強了對革蘭氏陰性菌的光動力抗菌作用。
圖1. 用于增強生物膜滲透和抗菌效率的光動力納米顆粒的制備過程示意圖。
本研究首先選擇了革蘭氏陰性菌（大腸桿菌，紅色）和革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌，黃色）來測試RB@PMB@GA NPs的光動力抗菌能力。圖2的結果表明，相對于革蘭氏陽性菌，革蘭氏陰性菌比PDT更不敏感。但是在酸性環境下，RB@PMB@GA NPs 的電荷反轉能力提高了它們對革蘭氏陰性菌的功效。
圖2. RB@PMB@GA NPs在pH 7.4和pH 5.0條件下對大腸桿菌和的金黃色葡萄球菌的抗菌測試。
此外，本研究進一步檢測了RB@PMB@GA NPs對生物膜的滲透殺傷性能。如圖3所示，在7.4和5.0的pH值下RB@PMB NPs能有效滲透到生物膜內。
展開 三維隨機多面體骨料（隨機多邊形）建模
隨機骨料模型
混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的級配及骨料含量顯著影響其宏觀力學特性。為了最優化混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的力學性能，對其細觀結構開展數值模擬仿真分析，開展級配優化設計和研究具有重要的意義。而建立包含隨機形狀，隨機尺寸和隨機位置的骨料顆粒是進行顆粒增強復合材料力學性能數值模擬分析的前提和基礎。 此外在磨削分析中，將磨料建模為指定粒徑的隨機凸多面體可更好的考慮磨具中的磨粒對被磨削固體表面擠壓和沿表面運動所引起的損失或材料流失。
2.建模方法
目前對于三維隨機骨料模型，主要有以下三種建模方法：
方法一：將顆粒增強復合材料結構離散為體素模型，根據骨料含量模型中的一部分單元被假設為增強材料（骨料），另一部分單元作為基體材料（水泥、瀝青、樹脂等），該模型可用于研究骨料含量對材料力學性質的影響。
方法二：將顆粒增強復合材料中的增強材料（骨料）假設為圓形、橢圓形或正多面體顆粒；該模型可考慮骨料的含量、隨機分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實際相差太遠），無法體現不同骨料之間的形狀特點的隨機性。
方法三：將顆粒增強復合材料中的骨料結構考慮為隨機多面體，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機分布、級配和骨料形狀的隨機性。
本文主要介紹該類型隨機多面體（多邊形）骨料模型的建模方法。
3.單個隨機多面體（多邊形）骨料模型
本文按照以下步驟，基于ABAQUS開發Python腳本：
第一步根據所需的骨料級配，在一定粒徑下建立所需尺寸的外接球。
第二步建立與球體外切的正六面體模型。
展開 二維隨機多邊形骨料腳本
概述
為了最優化混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的力學性能，對其細觀結構開展數值模擬仿真分析，開展級配優化設計和研究具有重要的意義。而建立包含隨機形狀，隨機尺寸和隨機位置的骨料顆粒是進行顆粒增強復合材料力學性能數值模擬分析的前提和基礎。
小編在前一篇文章中給大家分享了一種建立三維隨機骨料模型https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1850204的方法。本期小編將給大家帶來二維隨機骨料模型的建模方法。
2. 二維隨機骨料模型建模方法
方法一：將顆粒增強復合材料結構離散為體素模型，根據骨料含量模型中的一部分單元被假設為增強材料（骨料），另一部分單元作為基體材料（水泥、瀝青、樹脂等），該模型可用于研究骨料含量對材料力學性質的影響。
方法二：將顆粒增強復合材料中的增強材料（骨料）假設為圓形、橢圓形或正多邊形顆粒；該模型可考慮骨料的含量、隨機分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實際相差太遠），無法體現不同骨料之間的形狀特點的隨機性。
方法三：將顆粒增強復合材料中的骨料結構考慮為隨機多邊形，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機分布、級配和骨料形狀的隨機性。
3.單個隨機多邊形骨料模型建模方法
本文按照以下步驟，基于ABAQUS使用Python建立單個隨機多邊形骨料：
第一步根據所需的骨料級配，在一定粒徑下建立所需尺寸的外接圓（該圓為虛擬圓，下配圖僅為參考圖）。
第二步選取外接圓上一定數量（應大于等于3，可隨機定義）的點。
第三步將所選的點依次連接。
4.
展開 顆粒動力學 | Ansys Rocky 助力擴展和增強多物理場仿真
本文原刊登于Ansys Blog：《Ansys Adds Rocky DEM to the Mix, Extending and Enhancing Multiphysics Simulation to Include Particle Dynamics》
作者：Pedro Afonso | Ansys顆粒動力學產品經理
試想一下，巖石、糖果和藥片之間有什么共同之處呢？首先，它們都是離散固體。其次，我們還可使用Rocky DEM對它們的動態行為和相互作用進行仿真。
現在來換個思路，在工程機械系統的設計中，如果想要了解與所需任意形狀的粒子運動相關的產品質量、操作效率和設備性能，其復雜性不容小覷。與此同時，在用于顆粒混合、分離、分類、粉碎、分散和運輸的機器中，如果想要預測數千乃至數百萬個粒子之間的相互碰撞產生的相互作用，會需要巨大量級的洞察能力。
同樣地，當通過傳送帶和螺旋輸送器傳送生物質、礫石和散裝材料時；通過機械方式在田地中播撒種子時；包裝藥片和藥丸時；傳送零食將其進行統一封裝時；用真空吸塵器清理碎片時；或者攪拌混合并壓實粉末時，涉及的相互作用都極為復雜。而憑借Rocky DEM仿真，上述所有應用和問題都能迎刃而解。
離散單元法（DEM）是一種計算建模方法，可用于仿真顆粒和不連續/非均勻顆粒的行為。Rocky是一款領先的DEM軟件包，它結合了多個圖形處理單元（GPU）卡的強大處理功能，以加速顆粒動力學仿真，這有助于用戶在更短的時間內處理更大容量的數據。
展開 學術前沿：粒子增強橡膠基膜型聲超材料聲傳輸損耗的研究
最后，深入討論了碳納米顆粒質量分數和EPDM/ETFE材料的物理參數等7種影響因素對該顆粒增強聚合物薄膜超材料聲隔音性能的影響規律，并得出以下主要結論：
1）該MAM的傳聲特性主要是由結構的局部共振和區域表面密度形成的，導致結構振動模式的頻率和振幅不同，表面振動的幅度不同。
2）本顆粒增強聚合物薄膜超材料不同于簡單的膜和板結構，它能夠有效地提高薄膜建筑在一些較低頻帶的隔音效果。本文展示的結構可以在0.5kHz附近實現高達60dB的隔音水平，并在整個低頻范圍（50 Hz-1000 Hz）內勝過純等質量薄膜結構。
3）從本文深入研究的影響因素中可以看出，適當調整結構物理參數可以改變隔音峰值的頻率，使提高特性頻率的隔音效果成為可能。
然而，從本文的所有工作中可以發現，在一個較寬的頻帶上進行較大的隔聲仍然不容易實現。當然，對于目前在ETFE膜建筑中常見的多層膜組成，可以考慮選擇由不同材料參數和結構參數組成的多層超材料系列并行結構，以提高其寬帶聲傳輸損耗。因此，在未來的工作中，我們將研究聲音傳輸損失特性規律的粒子增強EPDM/ETFE薄膜超材料在系列和平行于多個單元元素和多個尺寸，以進一步提高大的有效頻帶隔音（頻段范圍> 200赫茲低頻和隔音> 30 dB）。
文章來源COMSOL 多物理場仿真技術
展開 ANSYS混凝土三維隨機骨料 混凝土細觀 隨機球體 顆粒增強復合材料建模
模型構建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機分布的不相交的球體顆粒，同時生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時對顆粒的粒徑大小、比例等都能進行控制。
將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導入
打開ANSYS Workbench，在幾何內進行導入預先保存的.sat文件：
后續進行網格劃分等操作，在ANSYS Workbench內進行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機球體顆粒插件
展開 
各種二維三維混凝土骨料、再生骨料、顆粒增強復合材料幾何微觀模型
? 二維——多邊形骨料（再生骨料）
可控參數：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，骨料間距可設置，多邊形可控制凹凸性，投放比例最高可達80%。
? 二維——疊層骨料（左右為多邊形，中間為橢圓）
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，多邊形可控制凹凸性，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%，疊層位置可控。
? 三維——球骨料
可控參數：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，投放比例根據級配會有所變化。
? 二維——邊界為特殊形狀，內嵌骨料可選
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，多邊形可控制凹凸性，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%。
? 三維——隨機分布纖維
可控參數：模型尺寸，纖維數量或者體積分數，級配范圍（纖維直徑、長度+纖維數量），可加邊界（目前未做），也可做成空心管（目前未做），投放比例根據級配會有所變化，纖維可選為實體或者線（桿單元），纖維傾角可控，纖維之間進行重疊檢測。
? 三維——橢球骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，橢圓長徑比可調控，投放比例根據級配變化。
? 二維——橢圓骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%。
展開 KB998碳化鎢鎳焊絲，低成本的高溫耐磨焊絲
含WC顆粒鎳基耐磨合金被廣泛應用于增強關鍵零部件表面的耐磨、耐蝕和耐沖擊性能。目前，國內外這種顆粒增強耐磨合金的制備方法有鎢極氬弧焊、MIG、等離子熔覆、氧乙炔焰、激光、高頻感應、電子束、熱噴涂等，制備材料主要集中在粉末，對絲材的研究較少。近年來，國外出現了大量的碳化鎢鎳藥芯焊絲，北京固本科技有限公司自行研發的WC顆粒增強鎳基耐磨堆焊藥芯焊絲——KB998碳化鎢鎳焊絲，低成本的高溫耐磨焊絲，是替代鈷基耐磨焊絲首選。
WC顆粒增強鎳基耐磨堆焊合金是由韌性較好的鎳基固溶體和大量彌散分布的WC硬質相組成。堆焊過程中B、Si元素能使鎳基基體固溶強化，另外，加入的WC硬質相能夠對堆焊合金起到彌散強化的作用。這兩種強化作用，使得堆焊合金的耐磨性增強。
WC增強鎳基耐磨堆焊合金在磨粒磨損的過程中，由于鎳基基體的硬度遠低于WC顆粒的硬度，鎳基基體受磨料尖角的切削作用優先磨損下凹，隨著鎳基基體的不斷流失，表層及次表層的WC顆粒便逐漸凸顯并裸露出來承受磨料的沖擊和切削，這些凸起的WC顆粒便產生了“陰影效應”，起到了耐磨骨架的作用，可以有效的保護鎳基基體。而鎳基基體以其軟而韌的特性，對WC顆粒起到“支撐效應”，保護WC硬質顆粒的存在，提高了材料表層抵抗塑性變形的能力。處在“陰影”中的鎳基基體被沖擊和切削的幾率減小，磨損程度變輕，從而起到耐磨、減摩的作用，使得堆焊合金的抗磨粒磨損性能增強。同的熱輸入下，WC硬質相的體積分數越高，堆焊層越耐磨。
北京固本KB998碳化鎢鎳焊絲，最高硬度可達63 HRC，基體中加入鎳合金，適用高溫工作環境。填充碳化鎢粒子的復合焊絲，德國技術。適用于單齒輥、篦板、布料溜槽、燒結機等應用場合中。
展開 北京化工大學徐福建教授團隊《Biomaterials》：生物礦化法合成碳酸鈣雜化納米顆粒用于溫和光熱增強的基因治療
該論文提出了利用仿生礦化的方法構建碳酸鈉雜化納米顆粒，實現了溫和光熱效應增強的基因治療。
炎癥在腫瘤的發生、發展、侵襲和轉移過程中起著重要作用，在治療過程中的細胞壞死可能會引起炎癥反應。已有研究表明，通過誘導腫瘤細胞凋亡可以避免炎癥反應。因此，開發多功能基因載體在不引起炎癥的同時增強治療效果具有重要意義。本文以組裝的海藻酸鈉膠束為模板，利用生物礦化法制備尺寸和形貌可調的海藻酸鈉-碳酸鈣雜化納米顆粒。為了同時引入溫和光熱性質和基因遞送功能，通過席夫堿/邁克爾加成反應，利用聚多巴胺包覆層將陽離子聚合物修飾到一維海藻酸鈉-碳酸鈣納米顆粒的表面。一方面，陽離子聚合物可用于基因轉染；另一方面，聚多巴胺賦予載體溫和光熱性能和光聲成像能力。實驗結果表明，在低功率密度的近紅外光照射下，溫和光熱效應可以增強細胞攝取。同時，載體的降解可以進一步促進基因釋放，從而提高基因轉染效率。這種基因療法可以在獲得更好的治療效果的同時防止炎癥反應。此外，載體還可通過超聲/光聲雙模式成像實現對腫瘤治療過程的監測。這將為腫瘤治療提供一種新的思路。
北京化工大學材料科學與工程學院博士畢業生劉艷軍為論文第一作者，徐福建教授和趙娜娜教授為本論文的共同通訊作者。北京化工大學為唯一完成單位。
該研究得到了國家重點研發計劃（2017YFA0106100），國家自然科學基金項目（51922022, 51773013，51733001）, 北京高校卓越青年科學家計劃項目（BJJWZYJH01201910010024）和中央高校基本科研業務費專項資金（BHYC1705A，XK1802-2）的支持。
展開 模型分享012——二維隨機顆粒建模及仿真應用 ￥99
仿真文件說明
如圖1所示為二維隨機顆粒增強材料的切削仿真，顆粒在模型內部隨機分布，模型中可以通過改寫數值定義多組直徑，也可以將顆粒直徑定義在某一范圍內隨機分布，從而建立仿真所需的幾何模型。
圖1 二維顆粒增強鋁合金材料切削仿真
前言
防控期間在家進行流體力學學習，對于生物流體力學中描述的流體中的微粒運動深有感觸，因而考慮到生物3D打印實驗中，無論是明膠微球混合打印、細胞擠出打印甚至是打印中氣泡的作用影響，都是不可避免的技術難點，因而對此方向進行了簡單的了解。
手動建模
通過仿真研究微球增強的情況，首先就是建立高質量的仿真模型，對于此類問題，其關鍵是微球尺寸和位置的隨機性分布，因此采用Python語言進行了模型的建立。
創建一個二維的隨機圓形顆粒模型，假設圓形顆粒的大小分為三種，半徑分別為1mm，3mm，5mm。模型的大小為100×50mm。
圖2 顆粒建模示意圖
隨機模型
然后要做的就是創建顆粒的循環生成，將三種不同直徑的顆粒循環生成，此時顆粒的半徑已知，因此設置顆粒的圓心位置隨機，實現顆粒的隨機分布。為了避免顆粒之間發生相互的干涉，既避免生成的圓形之間發生重疊情況，在此基礎上需要添加判斷，成為隨機顆粒圓心位置的限制條件。
隨機直徑顆粒搭配
通過以上方式生成的顆粒直徑只能是固定的幾個，為了提高仿真的真實性，比較近似的模擬顆粒直徑的分布，設計了顆粒直徑在某個尺寸范圍內，隨機生成的腳本文件，實現了直徑在一定尺寸范圍內的隨機生成。圖中尺寸范圍為0.075-0.125mm。
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